Çin Bilimler Akademisi’nin (CAS) Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (USTC) araştırmacılar, kuantum girişimine dayanan yeni bir lidar teorisi sundular ve bu teknolojinin bir prototipini başarıyla geliştirdiler. Araştırmacıların çalışmaları ACS Photonics dergisinde yayınlandı.
Lidar teknolojisinin temel amacı “daha uzağı ve daha net görmek, daha hızlı ve daha doğru ölçüm yapmaktır.” Tek fotonlu lidar, geleneksel lidara göre önemli iyileştirmeler sunarak tek foton tespitine olanak sağlar.
Profesör Xue Xianghui liderliğindeki bir araştırma ekibi, farklı ışık kaynaklarından gelen bağımsız fotonlarla kuantum girişim olayını göstermek için Hong-Wu-Mandel (HOM) girişimini ve yüksek dereceli kuantum silmeyi kullanan bir teori önerdi. HOM girişimi, iki foton arasında bir arada bulunmasalar bile girişimin meydana geldiği ve korelasyonları gösteren kuantum optik bir olgudur. Kuantum silme, ek fotonları manipüle ederek iki foton arasındaki kuantum dolaşıklığını ortadan kaldırabilen veya eski haline getirebilen kuantum mekaniksel bir işlemdir.
Bu teoriye dayanarak ekip, bir yukarı dönüşüm dedektörü kullanarak iki fotonlu girişimli atmosferik lidar sistemi geliştirdi. Bu sistem, tek foton duyarlılığına, yüksek kuantum verimliliğine, geniş algılama bant genişliğine ve çoklu dalga boyu uygulanabilirliğine sahiptir.
Sonuçlar, bu kuantum lidar sisteminin, MHz örnekleme hızlarında 17 GHz’den (13 km/s’ye eşdeğer) daha yüksek bir bant genişliği üzerinden optik sinyalleri tespit edebildiğini, yüksek örnekleme oranlarının ve zayıf sinyaller için büyük veri depolamanın getirdiği zorlukların üstesinden gelerek sürekli tespit yapabildiğini gösterdi. ultra hızlı hedefler.
Ayrıca saha deneylerinde kuantum girişimli lidar sistemi, 16 km yatay mesafede 70 μJ enerji ile rüzgar alanı tespitini gerçekleştirmiş, bu da tespit hassasiyetini mevcut lidar sistemlerine göre 7 kat artırmış ve rüzgar alanı tespit tutarlılığı elde edilmiştir. R² = 0,997.
Başarılı uzun menzilli rüzgar algılama, bu teknolojinin zayıf sinyalleri ölçmedeki büyük potansiyelini göstermektedir. Lidar, hem doğrudan hem de tutarlı algılamanın avantajlarını birleştirerek, bir frekans ayırma cihazı kullanmadan optik frekansları ölçebilir. Sistem halihazırda fiber entegrasyonu ve kompaktlığa ulaşmış olup, ultra yüksek hızlı hareketli hedeflerin sürekli uzaktan algılanması konusunda gelecekteki uygulamalar için umut vaat etmektedir.
“Çalışmamız, rüzgar ve diğer atmosferik parametrelerin ölçümlerini tespit edebilen kuantum lidarın geliştirilmesinde önemli bir adımı temsil ediyor. Bu teknolojinin meteoroloji, navigasyon ve çevresel izleme gibi çeşitli alanlarda geniş uygulamalara sahip olacağını umuyoruz” dedi Profesör Xue Xianghui.
